Команда инженеров Университета Дрекселя (Drexel University) нашла способ управлять микроскопическими роботами с помощью жгутиковых бактерий Serratia marcescens и слабого электрического поля. Поле позволяет микроботам замечать препятствия в своем окружении и обходить их на пути к поставленной цели.

Основой новой системы являются бактерии Serratia marcescens, которые могут вызывать болезни дыхательных путей и мочевого тракта. Эти микроорганизмы обладают естественным отрицательным зарядом (из-за выделения молочной кислоты), благодаря чему ими можно манипулировать в электрическом поле.

Если нанести конгломерат таких бактерий на подложку — в данном случае на квадратный чип из фоточувствительного материала SU-8, можно получить отрицательно заряженного микробота, который может передвигаться в жидкой среде. Робот удерживает свое положение в жидкости и перемещается благодаря жгутикам бактерий. Основное ускорение он получает от двух перпендикулярно направленных электрических полей, которые превращают жидкость в электрифицированную сеть. Поскольку бактерии имеют собственный заряд, ими можно управлять, регулируя силу подводимого тока.

Роботом можно манипулировать напрямую или задавать ему набор координат для перемещения из точки А в точку Б. Однако главное достижение команды Дрекселя — это высокая автоматизация процесса движения.

Источник: https://drexel.edu/

Ученым удалось добиться этого благодаря созданию управляющего алгоритма, который позволяет роботам использовать форму электрического поля для уклонения от препятствий. Поле искривляется вблизи углов физических препятствий. Заметив такое искривление, роботы автоматически изменяют свой путь, чтобы избежать встречи с объектом. В данном случае электрическое поле играет роль как основного двигателя, так и системы навигации.

Помимо информации о состоянии поля, алгоритм использует систему слежения закрепленной на микроскопе камеры, которая позволяет задать начальную и конечную точку маршрута робота. Это позволяет запрограммировать бота на различные режимы движения. Например, избегать как можно большего количества препятствий, даже если это существенно удлинит его маршрут. Или выбрать наиболее короткий путь, даже если он будет пролегать через преграды. Такая относительная автономия крайне важна для будущих поколений микроботов, которые смогут доставлять лекарства внутри тела человека или собирать микроскопические конструкции.

Следующим шагом команды Дрекселя станет разработка системы из множества бактериальных микроботов, которые смогут оперировать живыми клетками. Способность контролировать подобную систему имеет множество практических применений, включая прямое манипулирование стволовыми клетками для управления их ростом.